Sfruttando i modi della natura di aggiungere gruppi solfato da enzimi, gli scienziati del Centro per la biosostenibilità della Fondazione Novo Nordisk presso l'Università tecnica della Danimarca (DTU) hanno dimostrato per la prima volta come produrre un'ampia gamma di composti fenolici solfati nelle fabbriche di cellule ospiti microbiche. Questa ricerca pionieristica, pubblicato in Comunicazioni sulla natura , consente la produzione su larga scala di composti fenolici solfatati mediante fermentazione.

"Le prospettive sono di vasta portata poiché la solfatazione può essere utilizzata per un'ampia gamma di prodotti come agenti antivegetativi e prodotti farmaceutici. Questo lavoro potrebbe significare farmaci più economici e migliori in futuro, nonché prodotti biochimici e polimeri con nuove proprietà, ", afferma l'autore corrispondente, il professor Alex Toftgaard Nielsen del Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability. È anche CSO di Cysbio, un'azienda che lavora per commercializzare prodotti da, tra l'altro, molecole solfatate.

I composti fenolici sono molecole aromatiche con usi in aree come la medicina, nutraceutici e altri antiossidanti, e nell'industria cosmetica e dei polimeri. L'aggiunta di residui di solfato ai composti fenolici può aumentare l'acidità e la solubilità di una molecola, oltre a ridurne la tossicità.

Come prova di concetto per il processo di solfatazione nelle fabbriche di celle, i ricercatori volevano produrre acido zosterico. Questo acido si trova nella pianta marina dell'anguilla ed è un potente agente antivegetativo. Utilizzato nella vernice della nave, potrebbe potenzialmente inibire la crescita di alghe sullo scafo. Per di più, ha applicazioni nei disinfettanti, dove può impedire l'adesione di batteri sulle superfici (biofilm) ad es. negli ospedali.

Oggi, l'acido zosterico può essere estratto da materiale vegetale, ma i titoli sono bassi, e il costo è alto. L'acido zosterico può anche essere sintetizzato chimicamente, ma ciò richiede condizioni chimiche dure e genera molti rifiuti chimici. Così, è preferibile un processo biologico.

I ricercatori hanno dovuto riprogettare e ricablare diversi geni all'interno della fabbrica di cellule per ottimizzare il processo di solfatazione. Ciò è stato ottenuto sia migliorando l'assorbimento del solfato sia ottimizzando la disponibilità dell'enzima donatore di solfato nella cellula.

Il risultato è stata la produzione fino a cinque grammi per litro di acido zosterico in una cosiddetta fermentazione fed-batch. Questa resa è impressionante, poiché la natura normalmente produce solo acido zosterico in quantità molto basse, e perché la sintesi chimica è estremamente difficile e costosa.

biologicamente, l'acido zosterico è creato da un enzima (sulfotransferasi) che trasferisce un gruppo laterale solfato a una specifica molecola di blocco. Perciò, i ricercatori hanno isolato le sulfotransferasi dall'uomo, moscerini della frutta, erba dell'anguilla, ratti, polli, conigli, cani, vermi, zebrafish e maiali per trovare quello più efficiente. L'enzima vincente è stato effettivamente isolato dal fegato di ratto e ha funzionato in modo superbo nell'ospite di produzione microbica.

Usando questo metodo, i ricercatori hanno anche scoperto sulfotransferasi che potrebbero solfare il potente resveratrolo antiossidante che si trova nel vino rosso. Oggi, per il suo bassissimo contenuto di uva, noiosi processi di purificazione e la necessità di prodotti chimici aggressivi, l'estrazione del resveratrolo dalle piante è difficile, lungo e insostenibile.

Nell'uva, il resveratrolo si trova in una forma non solfatata inattiva. Entrando nel corpo umano, il resveratrolo viene solfato dal fegato per diventare attivo, che conferisce alla molecola le sue proprietà antiossidanti. Così, essere in grado di produrre grandi quantità di resveratrolo solfato nelle fabbriche cellulari apre alla produzione di un antiossidante più attivo e biodisponibile, un processo che può essere utilizzato anche per modificare le proprietà dei prodotti farmaceutici.

Per di più, i ricercatori hanno dimostrato che alcune delle sulfotransferasi erano anche in grado di solfare l'acido vanillico. Questo, pure, è un prodotto che può essere realizzato in una fabbrica di cellule microbiche e ha un potenziale di mercato.

"Da un punto di vista scientifico, essere in grado di produrre composti fenolici solfati in fabbriche di cellule microbiche è fantastico, ma potrebbe anche avere un impatto sociale poiché queste molecole hanno applicazioni sia come sostanze biochimiche, come nutraceutici e anche come farmaci, " dice il primo autore dello studio, Christian Bille Jendresen, Direttore R&D delle tecnologie di solfatazione presso la start-up Cysbio, che è nato dal Centro per la biosostenibilità della Fondazione Novo Nordisk, DTU.

"Possiamo creare una vasta gamma di prodotti chimici interessanti che troveranno modi diversi nel mercato, " lui dice.

Questo lavoro pionieristico ha quindi consentito la produzione di una nuova classe di sostanze biochimiche solfatate che probabilmente troveranno molte applicazioni biotecnologiche.